VI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2014

Получение биоэтанола из различных видов органического сырья.

Биоэтанол — обычный этанол, получаемый в процессе переработки растительного сырья для использования в качестве биотоплива. Мировое производство биоэтанола в 2005 составило 36,3 млрд литров, из которых 45 % пришлось на Бразилию и 44,7 % — на США. Этанол в Бразилии производится преимущественно из сахарного тростника, а в США — из кукурузы. Производство этанола из тростника на сегодняшний день экономически более выгодно, чем из кукурузы. Федеральное правительство США предоставляет производителям этанола налоговый кредит (но не субсидии) до $0,51 за галлон этанола. Бразильский этанол дёшев из-за низких заработных плат у сборщиков сахарного тростника. США в августе 2005 года приняли «Энергетический Билль» (Energy Policy Act of 2005), и «Стандарт возобновляемых видов топлив» (Renewable Fuels Standard). Они предусматривают к 2012 году ежегодное производство 30 миллиардов литров этанола из зерновых и 3,8 миллиард литров из целлюлозы (стебли кукурузы, рисовая солома, отходы лесной промышленности и т. д.). Этанол является менее «энергоплотным» источником, чем бензин; пробег машин работающих на Е85 (смесь 85% этанола и 15% бензина; буква «Е» от английского Ethanol) на единицу объема топлива составляет примерно 75% от пробега стандартных машин. Бразилия является лидером в производстве и использовании биоэтанола из сахарного тростника в качестве топлива. Автозаправки в Бразилии предлагают на выбор либо Е20 (иногда Е25) под видом обычного бензина, либо «асооl» Е100, азеотроп этанола (96% С2Н5ОН и 4% (по весу) воды). Использование биоэтанола в качестве топлива позволяет снизить выбросы диоксида углерода, являющегося парниковым газом. Сокращение выбросов диоксида углерода при использовании биоэтанола зависит от используемого растительного сырья, климатической зоны и накладных расходов на его выращивание, транспорт и переработку, поскольку в этих процессах используется ископаемое топливо (агротехнические работы, сушка зерна при закладке на хранение, производство удобрений для восстановления плодородия почв, ректификация спирта и переработка отходов). Снижение выбросов CO₂ при производстве этанола из зерна по состоянию на 2007 г. в США составляло в среднем 19%, предполагается, что при модернизации спиртового производства и переводе его исключительно на природный газ возможно снижение выбросов углекислого газа на 28-32%. Максимальное снижение выбросов CO₂ может быть достигнуто при производстве этанола из целлюлозосодержащих отходов (например, отходов лесной промышленности, 52%) в качестве как источников целлюлозы, так и топлива в спиртовом производстве; теоретический максимум снижения выбросов — 82% — может быть достигнут при производстве этанола из целлюлозной биомассы проса Panicum virgatum, однако такие производства в настоящее время (2012 г.) отсутствуют.

Цель исследования: получение биоэтанола из различных видов органического сырья (бытовых и пищевых отходов)

Практическая значимость: получение биоэтанола из бытовых отходов картофиля.

Материалы и методы.

Исследования проводились с ноября 2013 по январь 2014 гг. Нами были изучены патенты получения этанола в России. В соответствии с патентами нами было заложено пять вариантов опытов, представленных в таблице 1.

Вариант 1. В соответствии с патентом патент России №1303034, С 12 Р 7/06) Картофель 4000 гр измельчали добавляли 0,04 кг разбавленная 0,5% серная кислота и активный ил (800 гр), полученный на очистной станции «ОАО «Омскводоканал», вода (4л). Прогрев сырья до температуры 200 °С проводили в сушильном шкафу в течение 2 часов. Скорость гидролиза целлюлозы растительного сырья и полисахаридов активного ила примерно одинакова, что способствует при таком режиме увеличению выхода моносахаридов, обогащает гидролизат неорганическими микро- и макроэлементами. Полученная после гидролиза реакционная смесь выводится из экструдера или другого аппарата непрерывного действия на отжим, отжатый остаток (лигнин) идет на производство органоминерального удобрения из шламовых отходов, лигнина, активного ила. Отделенный гидролизат нейтрализуется 25% аммиачной водой, подаваемой в насос. Нейтрализованныйгидролизат с рН - 4,0-4,5 направляется в дрожжанку, где происходит взбраживание - активация спиртообразующих дрожжей (100 мл)

Вариант 2. В соответствии с патентом патент России №1303034, С 12 Р 7/06) Листовой опад и солому 1000 гр измельчали, добавляли 0,152 кг разбавленная 0,5% серная кислота и активный ил (800 гр), полученный на очистной станции «ОАО «Омскводоканал», вода (1л). Прогрев сырья до температуры 200 °С проводили в сушильном шкафу в течение 2 часов.

Вариант 3. 1 кг. тертого картофеля добавляли 1 кг сахара, 2 л воды и 100 мл. дрожжей.

Вариант 4. ОСВ 1400 гр. добавляли 2 л. воды, 100 мл дрожжей.

Вариант 5. 1 кг. тертого картофеля, добавляли 0,002 кг. серной кислоты, 2 л активного ила и 2 л воды и проводили гидролиз указанным способом при 200°С.

Таблица 1.

Варианты эксперимента

	Сырье	Серная кислота	Активный ил	Вода	Дрожжи	Сахар	Выход спирта
Вариант 1	Картофель 4000 г	0,150 кг	800 г	4000 мл	100 мл	0	0
Вариант 2	Орг.сырье 1000 г	0,0398 кг	800 г	1000 мл	100 мл	0	0
Вариант 3	Картофель 1000 г	0	0	2000 мл	100 мл	1000 г	450 мл
Вариант 4	КЭК 1400 г	0	0	2000 мл	100 мл	0	0
Вариант 5	Картофель 1000 г	0,002 кг	2000 г	2000 мл	100 мл	0	0

Результаты исследования

Перегонку спирта осуществляли при температуре 70-80°С на установке для перегонки. Практический выход спирта отмечен только в варианте 3. Выход спирта составил 450 мл на 2 кг. сырья.

В остальных вариантах эксперимента выхода спирта не наблюдалась из-за недостаточной концентрации сахаров. Для приготовления сусла необходима концентрация сахара 18%.

Заключение: таким образом для получения биоэтанола необходима высокая концентрация сахара 18% в исходном сырье, поэтому выход спирта получен только в 3 варианте.

СПИСКОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Иманкулов Н.Н., Балабеков О.С. Биотопливо растительного происхождения. Матер. Межд. форума «Аналитика и аналитики», Воронеж, 2008

2. http://www.ecotoc.ru/liquid_biofuel/bioethanol/d71/

Код для цитирования: Скопировать